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| 本文作者： 愷歌 | 2023-06-20 16:22 |
隨著汽車行業(yè)向軟件定義的方向發(fā)展，操作系統(tǒng)成為驅(qū)動汽車智能化發(fā)展的重要組成部分。
現(xiàn)代汽車操作系統(tǒng)不僅需要管理底層硬件的驅(qū)動程序，還需要提供豐富的功能和服務(wù)，如車載娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、智能駕駛輔助等。這些功能和服務(wù)的復(fù)雜性和規(guī)模日益增長，給汽車行業(yè)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。
近幾年來，隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，本土化汽車操作系統(tǒng)的發(fā)展與落地成為行業(yè)關(guān)注的重要話題。
為了能夠深入了解當(dāng)前本土化汽車操作系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))新智駕邀請東軟睿馳首席科學(xué)家李冰先生做線上直播分享。
下面是分享內(nèi)容，新智駕做了不改變愿意的整理：
大家好，我是東軟睿馳的李冰，十分感謝新智駕的邀請，能與大家分享我們在本地化汽車操作系統(tǒng)發(fā)展過程的探索。
汽車操作系統(tǒng)是一個非常大的概念，不同組織尚未形成統(tǒng)一的認知。
我們首先看一下整個行業(yè)的發(fā)展，這個圖是汽車的架構(gòu)發(fā)展情況，我們關(guān)注的E/E架構(gòu)變革所帶來的軟件變化情況。
回顧軟件的發(fā)展歷程，要實現(xiàn)軟件的高質(zhì)量和低成本，唯一的路徑就是復(fù)用。軟件復(fù)用需要有一套統(tǒng)一的體系，主要是指開發(fā)體系，這個其實是靠不同層級來實現(xiàn)。
對于汽車E/E架構(gòu)而言，傳統(tǒng)以嵌入式為主的這種分布式架構(gòu)，比較難實現(xiàn)高層級的軟件復(fù)用，大部分都是由供應(yīng)商來提供整套軟硬件，行業(yè)也在使用一些統(tǒng)一的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)，典型代表就是AUTOSAR，它的主要目的就是為了統(tǒng)一的進行軟件的底層設(shè)計，提供一些通用的軟件模塊。這個國外發(fā)展比較早，國內(nèi)大概從2016年開始慢慢熱起來。
因為供應(yīng)商提供整套軟件，OEM對這一塊有比較強的約束，所以AUTOSAR沒有達成其它IT行業(yè)的統(tǒng)一軟件平臺概念。
傳統(tǒng)的車機系統(tǒng)和車內(nèi)系統(tǒng)存在割裂，一般車機系統(tǒng)以安卓為主，車內(nèi)和車機系統(tǒng)交互沒那么多。
發(fā)展到域控制器架構(gòu)，POSIX成為新的創(chuàng)新點。我們發(fā)現(xiàn)無論針對中央域還是智駕域，都屬于POSIX系統(tǒng)，包括有一些好的創(chuàng)新功能，都在這個系統(tǒng)里面來做。
然而在不同的操作系統(tǒng)下做開發(fā)和協(xié)同，效率不是很高，然后在域控接口中這種跨核的協(xié)同要求越來越多，因此行業(yè)需要一種更好的開發(fā)方式。
那前面說了一些行業(yè)背景，這也是一個新的操作系統(tǒng)誕生的時機。 回顧過去，操作系統(tǒng)基本都是在行業(yè)變革期出現(xiàn)。舉個例子Linux和UNIX，初衷是為了解決在處理器上并行的問題。
由于操作系統(tǒng)會和生態(tài)的關(guān)系特別緊密，它會形成強者恒強的馬太效應(yīng)。一旦進入行業(yè)穩(wěn)定期后，很難替代成型的操作系統(tǒng)。
目前中國汽車處于產(chǎn)業(yè)變革期，大算力芯片給應(yīng)用開發(fā)帶來更多的擴展性，傳統(tǒng)MCU開發(fā)功能特別有限，大算力芯片可以開發(fā)更多更好的功能。隨著域控制器逐漸成為主流，軟件將會發(fā)揮越來越重要的作用。
我們講的開發(fā)視圖就是與工作臺的交互，主要在于通信矩陣，它很少參與具體模塊的定義和模塊開發(fā)，但是它們是和消費者直接接觸的，能更好感受消費者的需求。針對這種情況，越來越多的車企會主導(dǎo)軟件的設(shè)計和開發(fā)。
新的應(yīng)用，新的硬件體系，需要新的開發(fā)方法，現(xiàn)在就是一個適合的時間點。
在新的技術(shù)變更和行業(yè)發(fā)展趨勢下，汽車原有的開發(fā)生態(tài)發(fā)生顛覆性的改變，傳統(tǒng)的開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足市場對整車開發(fā)速度及功能迭代要求。
整體復(fù)雜度高，軟件復(fù)雜度高，同時傳統(tǒng)的組織架構(gòu) 可能對于新架構(gòu)可能都不是特別適應(yīng)，包括我們說的一些開發(fā)方法都不一樣。
針對這種情況，新的平臺能夠解決這個問題。主要體現(xiàn)在兩個方面：承上啟下、繼往開來。
承上啟下
SDV趨勢下，底層硬件高速發(fā)展，應(yīng)用需求日新月異。需要中間件層軟件做好上下層的銜接。
對上（應(yīng)用）：提供標(biāo)準(zhǔn)中間層框架，為應(yīng)用迭代開發(fā)提供基礎(chǔ)。
對下（硬件）：提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動模型，與硬件互相促進，形成“摩爾定律”。
繼往開來
作為基礎(chǔ)軟件通用標(biāo)準(zhǔn)，AUTOSAR架構(gòu)提供了穩(wěn)定的底層平臺及開發(fā)方法學(xué)，但有些跟不上國內(nèi)SDV高速發(fā)展。新的中間層架構(gòu)要考慮到標(biāo)準(zhǔn)平臺的平穩(wěn)發(fā)展，需要做到：
兼容過往：兼容標(biāo)準(zhǔn)AUTOSAR架構(gòu)，復(fù)用現(xiàn)有的大量經(jīng)過驗證的核心控制和應(yīng)用。
支撐未來： 提供新的功能與特性，支撐新形勢下多核異構(gòu)硬件體系，跨域協(xié)同一體化的應(yīng)用開發(fā)需求。
針對本土汽車操作系統(tǒng)，也是有一些策略的。首先構(gòu)建面向新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)架構(gòu)。在既有成熟體系上，構(gòu)建承上啟下的應(yīng)用開發(fā)框架，同時在解決問題的過程中，發(fā)展自己的生態(tài)體系。
第二、推動基礎(chǔ)模塊的本土化替換。以前的一些有積累的企業(yè)，可能因為沒有歷史機遇，沒有把知識轉(zhuǎn)化為汽車類產(chǎn)品，現(xiàn)在機會來了。所以我們應(yīng)該推動符合汽車功能安全需求的微內(nèi)核操作系統(tǒng)的國產(chǎn)化替代。針對上面提到的AUTOSAR架構(gòu)，我們可以自己定義一些中間件。
第三、與本土芯片企業(yè)合作。形成國產(chǎn)操作系統(tǒng)和芯片的組合方案，并實現(xiàn)對新應(yīng)用框架的良好適配，才能夠獲得占領(lǐng)市場的機會。
接下來我們看看國產(chǎn)汽車操作系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。
首先從狹義操作系統(tǒng)看，面臨的主要問題是生態(tài)不足，生態(tài)可以分兩塊，一塊是針對芯片的支持。另一個是缺乏與內(nèi)核配套的開發(fā)工具，比如像性能調(diào)試工具。
AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品方面，標(biāo)準(zhǔn)不一致，產(chǎn)品穩(wěn)定性不夠成熟，功能安全和信息安全支撐能力不足，工具鏈易用性及完整性急需提高。
中間件方面，目前處于百家爭鳴階段，技術(shù)路線不統(tǒng)一，未達成行業(yè)共識。沒有跨核、跨域協(xié)同的中間件產(chǎn)品，缺乏面向域控制器的專用中間件標(biāo)準(zhǔn)組件，缺乏整車視角的開發(fā)工具鏈。
從整個行業(yè)看，軟件力量比較分散，最近兩三年可能會好一些，每個主機廠都會希望自己做一套這種從上到下全能，符合OEM自己的一套系統(tǒng)，這樣就造成軟件力量的分散。隨著行業(yè)軟件的發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)分工才能促進各自在不同領(lǐng)域的效率提升。
另一個就是人才不足，我是從前年開始就發(fā)現(xiàn)，每一家車企，包括供應(yīng)商團隊人才都是比較缺的。尤其是軟件+整車的復(fù)合型人才。
芯片問題我們之前講了，操作系統(tǒng)或者內(nèi)核，芯片的支撐是非常關(guān)鍵的。如果沒有這個支撐，其實它也沒法用。雖然中國半導(dǎo)體市場需求旺盛，但是汽車芯片自給率不足5%，國產(chǎn)芯片裝車率低。比較好的就是我們在這一塊正在逐步加強。
最后就是標(biāo)準(zhǔn)，我們之前使用AUTOSAR的時候，發(fā)現(xiàn)國外的標(biāo)準(zhǔn)上投入確實挺多的，但是國內(nèi)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最近國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)也在加強，包含行業(yè)的組織，民間的組織也在不斷推進標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。
我們首先看到應(yīng)用的創(chuàng)新和快速迭代，已經(jīng)成為我們國內(nèi)行業(yè)的核心競爭力。我們的感受尤其明顯，無論是車型的推出速度，還是軟件的更新速度，都是越來越快。
我們作為行業(yè)參與者，大量從業(yè)人員為了應(yīng)對創(chuàng)新和快速迭代，大家都在一種高負荷的工作狀態(tài)。
針對這種現(xiàn)狀，我們認為“集中式”開發(fā)是實現(xiàn)智能汽車核心競爭力的有效方法。
對比傳統(tǒng)的多控制器同時開發(fā)，“集中式”開發(fā)的速度更快，更容易實現(xiàn)一次開發(fā)多車型通用，在OTA指標(biāo)、代碼量、開發(fā)方式、開發(fā)效率等外在表現(xiàn)價值方面來看尤為明顯 。
另外就是代碼增長趨勢，目前智能汽車軟件代碼已經(jīng)到1億行，年均符合增長率約為21%，呈指數(shù)級增長，預(yù)計到2025年，智能汽車代碼量將達到7億行。
軟件如果不是集中式開發(fā)，不是在統(tǒng)一的體系中開發(fā)，實現(xiàn)軟件復(fù)用和迭代會很困難，而且后續(xù)維護成本完全不可控。所以集中式開發(fā)對于整個項目的成本控制，有非常大的提升。
針對前面說的發(fā)展需求，一個是創(chuàng)新速度，一個是開發(fā)成本，我們是需要長期重點解決的，而多域融合是解決問題必須的需求。
多域融合大概分為以下幾個方向:
第一個是整車抽象，當(dāng)然這個抽象我們提了好久，有的也叫原子服務(wù)，有的叫整車功能API化，它就是為了支持SDV的落地。它的核心不在于功能怎么定義，在于承載功能的運行框架，就是你開發(fā)者如何進行調(diào)用，這是非常關(guān)鍵的。
第二個就是容器化部署，就是應(yīng)用之間的開發(fā)不是強耦合的，可以靈活在異構(gòu)OS上快速移植運行。
分布式軟件實體和基礎(chǔ)框架融合，這些都是為集中式開發(fā)提供基礎(chǔ)。
前面我們講了需要為開發(fā)者提供的功能，下面講講這一塊的實踐。
針對標(biāo)準(zhǔn)化組織的引入，我們在AUTOSEMO下面成立了一個工作組，主要是為了解決低功耗下，這種廣義操作系統(tǒng)的一些問題，目前大概有30多家企業(yè)參與。
除了針對組織外，我們東軟睿馳也有針對行業(yè)變革的探索產(chǎn)品NeuSAR，我們提供一個廣義操作系統(tǒng)，為使用者提供一些基礎(chǔ)性的工具，它包含有標(biāo)準(zhǔn)的AUTOSAR、APCP產(chǎn)品，支持傳統(tǒng)的ECU開發(fā)，同時又對基于域控制器和新E/E架構(gòu)的軟件開發(fā)提供豐富的基礎(chǔ)軟件、跨域中間件和開發(fā)工具。
NeuSAR SF(Service Framework)主要解決跨域融合的問題，兼容ASF標(biāo)準(zhǔn)的SOA中間件，并提供多于ASF標(biāo)準(zhǔn)的功能，支持基礎(chǔ)服務(wù)的同時，把開發(fā)視圖從域控制器層面擴展到了整車層面，是支撐整車SOA的關(guān)鍵組件與落地架構(gòu)。比如說診斷，診斷在外部看是一個節(jié)點，但是從內(nèi)部看有A還有M系數(shù)，不同的診斷路徑就需要一個協(xié)調(diào)統(tǒng)一的中臺。另外像域控制器的時鐘服務(wù)、日志融合等都需要這種中間件。
整車層面也需要這些基礎(chǔ)的服務(wù)， 比如日志系統(tǒng)，收集整車日志放到云端進行分析，云端會根據(jù)結(jié)果下發(fā)一些控制指令。
這些都是我們國內(nèi)開發(fā)者需求比較多的，也是創(chuàng)新點比較多的地方。我們認為這套組件可以抽象成標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)服務(wù)，對開發(fā)者的效率有很大的提升。
最后就是基于NeuSAR相關(guān)的工具鏈，第一個叫NeuSAR Creator，我們發(fā)現(xiàn)好多功能需要A核和MCU一起開發(fā)，如果是傳統(tǒng)的開發(fā)方式，需要使用兩個工具，分別配置，分別生成代碼，也可能需要雙關(guān)系代碼框架，需要換一種工具進行編輯，換另外一種工具進行編譯。在工具的切換上花費大量時間，而我們將這些功能都放在一個開發(fā)視圖，不用頻繁切換工具，節(jié)省時間提高效率。
第二個就是調(diào)試與測試工具，典型的就是針對以太網(wǎng)的調(diào)試，這類工具不是特別多，而且價格特別貴。
最后就是仿真工具，特別是在自動駕駛領(lǐng)域，特別需要總線級的數(shù)據(jù)記錄或者回放功能。在不同的車型、不同的硬件下，目前還沒有統(tǒng)一的一套仿真系統(tǒng)?；谖覀冏约旱倪@套仿真系統(tǒng)，只要總線支持不同系統(tǒng)，支持不同芯片，包括不同的物理通信總線，它在可以提供一套統(tǒng)一的語義來進行數(shù)據(jù)的錄制和回放。
最后NeuSAR是我們的一個基礎(chǔ)產(chǎn)品，到去年已經(jīng)更新到第四個版本，也是得益于國內(nèi)行業(yè)發(fā)展，給我們提供了好多機會，從最開始只做AUTOSAR AP產(chǎn)品，發(fā)展到整車級。這里也要感謝給我們提供需求、提供鍛煉環(huán)境的車企，還有好多合作伙伴，給我們提供支持。
以上就是今天分享的內(nèi)容，謝謝大家！
Q：基礎(chǔ)軟件對于廣義和狹義操作系統(tǒng)而言，有什么區(qū)別？
可以這樣理解，狹義單指操作系統(tǒng)的內(nèi)核。然后基礎(chǔ)軟件這個概念，在頭幾年專門指AUTOSAR這種CP產(chǎn)品。新形式下，基礎(chǔ)軟件會和狹義操作系統(tǒng)構(gòu)成廣義操作系統(tǒng)。
Q：為什么一定要用AUTOSAR的體系，SOMEIP、DDS這樣的協(xié)議直接用于實現(xiàn)部分域功能，甚至整車SOA，有什么問題？
那個首先回答一下為什么使用AUTOSAR，因為 AUTOSAR 這個體系已經(jīng)提供了大量的、成型的功能，它提供的基礎(chǔ)層是比較充分的，大量的應(yīng)用也是基于AUTOSAR CP開發(fā)的。它也是占了一個先機，已經(jīng)成為了事實上的行業(yè)操作系統(tǒng)，已經(jīng)有大量的生態(tài)，想要替換非常困難。
另外就是SOMEIP、DDS用于整個SOA的問題，首先SOMEIP、DDS基于以太網(wǎng)來做會更短一些，針對總線而言，支持不是特別多。另外就是DDS挺“重”，它在M系統(tǒng)上跑起來挺難的。SOMEIP比較死板，所有的東西都是先配置，這種對于傳統(tǒng)開發(fā)接受程度高，但是對于自動駕駛這種開發(fā)需求而言，接受度特別低，喜歡比較靈活的和簡單的接口。我們也是考慮到不同的開發(fā)者需求，提供兼容SOMEIP和AUTOSAR的接口，能夠兼容不同的系統(tǒng)，支持bu一些開發(fā)需求。咱們前面提了，叫繼往開來。
Q：老師能解釋一下NeuSAR SF的功能嗎？
簡單來說它就是解決跨域融合問題，針對不同域控制器之間的統(tǒng)一開發(fā)。這個主要是為了解放開發(fā)者，讓他們不用把大量時間精力花在底層硬件適配上，讓他們把精力換在能直接創(chuàng)造用戶使用價值的應(yīng)用上。
Q：老師能介紹一下車載操作系統(tǒng)的OTA模塊？
OTA其實不是一個新技術(shù)，隨著域控制器發(fā)展，目前都叫整個OTA，就是說整個所有的控制器都可以用它升級。這里的難點就是前面提到的集中式開發(fā)。
很多時候我們發(fā)現(xiàn)難點不在于OTA本身用什么協(xié)議，升級鏈路等等，這些都是可以窮舉的。真正的難點在于整車軟件的統(tǒng)一版本控制。這就需要集中式開發(fā)，集中式就相當(dāng)于有統(tǒng)一的開發(fā)視圖。回到OTA本身，它只是提供了升級的路徑，但是OTA方面得提供針對版本的統(tǒng)一管理。隨著車型的增多，可能每個車型上的軟件也存在版本差異，比如控制車門的算法可能都不一樣，這需要OTA提供版本管理功能。
Q：老師可以講講車載以太網(wǎng)架構(gòu)嗎？
車載以太網(wǎng)主要差別就在于二層，三層以上的協(xié)議和IT行業(yè)基本一樣，這些差別用戶感知不多。這一塊可以去看經(jīng)典書籍，像《TCP/IP詳解》。
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